In un nuovo studio, i ricercatori hanno lanciato nanogoccioline d'acqua su una superficie di grafene a velocità fino a 250 km (155 miglia) all'ora, il che, per confronto, è circa due volte più veloce di un ghepardo in corsa. Le velocità ultraveloci delle gocce d'acqua non richiedono alcuna pompa, ma invece si verificano semplicemente a causa dei motivi geometrici sulla superficie del grafene, che creano diversi angoli di contatto nella parte anteriore e posteriore delle goccioline in movimento per spingerle in avanti.

I ricercatori, Ermioni Papadopoulou e Petros Koumoutsakos all'ETH di Zurigo, Constantine M. Megaridis dell'Università dell'Illinois a Chicago, e Jens H. Walther all'ETH di Zurigo e alla Technical University of Denmark, hanno pubblicato un articolo sulle goccioline d'acqua in rapido movimento in un recente numero di ACS Nano .

"Possiamo ottenere un trasporto diretto ad altissima velocità di goccioline d'acqua su scala nanometrica, senza spendere alcuna energia ma semplicemente attraverso il patterning del grafene, " ha detto Koumoutsakos Phys.org . "Questo potrebbe avere importanti applicazioni nella nanofabbricazione e nella somministrazione precisa dei farmaci. Fornisce anche per la prima volta una semplice spiegazione quantitativa per il trasporto ultraveloce dell'acqua su scala nanometrica".

Questa modalità di trasporto su nano/microscala è molto diversa da qualsiasi cosa osservata su macroscala. La superficie del grafene è stata modellata strutturalmente per creare gradienti di bagnabilità, da idrofobo a idrofilo. Le nanogocce d'acqua, ciascuno composto da circa 1500 molecole d'acqua, sono stati poi posti in superficie. I diversi modelli di superficie hanno creato grandi angoli di contatto sui domini idrofobici e angoli di contatto più piccoli sui domini idrofili. Le differenze negli angoli di contatto alle estremità in avanzamento e in allontanamento delle gocce d'acqua hanno messo in movimento le gocce e le hanno accelerate in avanti.

Meccanismi simili si trovano in natura, come sulla superficie dello scarabeo del deserto del Namib e sulla rete venosa delle foglie di banana. Queste superfici hanno modelli che si traducono in una migliore raccolta e trasporto dell'acqua.

Negli esperimenti con il grafene, i ricercatori hanno osservato velocità delle gocce d'acqua dell'ordine di 100 metri al secondo, che è due ordini di grandezza più veloce delle velocità più alte riportate per le gocce d'acqua spinte da certi altri metodi, come gradienti di energia superficiale. Come previsto, le gocce più piccole si muovono più velocemente di quelle più grandi a causa della maggiore inerzia delle gocce più grandi e del maggiore attrito con la superficie.

Dopo aver analizzato i meccanismi alla base del trasporto dell'acqua, i ricercatori hanno derivato una legge di scala e sviluppato un modello che può essere utilizzato per prevedere le traiettorie delle goccioline. Queste informazioni possono essere utilizzate per progettare dispositivi futuri per potenziali applicazioni, come la somministrazione di farmaci ad alta efficienza, generazione di elettricità, e dissipazione del calore ultraveloce per sistemi su nano e microscala. I ricercatori hanno in programma di studiare ulteriormente i meccanismi di trasporto dell'acqua ad alta velocità in luoghi diversi dal grafene.

"Stiamo esaminando il trasporto ultraveloce di acqua in altre nanostrutture, come i nanotubi di carbonio, " disse Koumoutsakos.

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